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前言
簡述近兩年納米碳酸鈣在PVC薄膜中研究進(jìn)展，將不同形貌納米碳酸鈣對PVC薄膜增韌效果、納米碳酸鈣對淀粉基薄膜性能的影響以及薄膜填料中納米碳酸鈣代替納米硫酸鋇后的性能影響等研究成果進(jìn)行整理，與大家分享。
1不同形貌納米碳酸鈣對PVC薄膜增韌效果
由于PVC薄膜材料力學(xué)性能整體較差，在外力作用下易斷裂，為提高其力學(xué)性能，董棟棟等制備了5種不同形貌碳酸鈣顆粒并填充在PVC薄膜材料中，以此探究碳酸鈣顆粒形貌對PVC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。
圖1不同形貌碳酸鈣SEM照片
1.1拉伸性能的影響
純PVC薄膜的拉伸強(qiáng)度為15.11MPa，偏釩酸銨、聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化銨、焦磷酸鈉十水、聚乙烯吡咯烷酮改性碳酸鈣填充PVC復(fù)合薄膜的拉伸強(qiáng)度分別為22.79、22.74、24.72、27.11、21.63MPa，分別比純PVC材料提高了1.51、1.50、1.64、1.79、1.43倍。
不同形貌碳酸鈣填充PVC復(fù)合薄膜相比于純PVC薄膜的拉伸強(qiáng)度得到顯著提高。其中，PVC/焦磷酸鈉十水改性碳酸鈣復(fù)合薄膜的拉伸強(qiáng)度最高。
1.2拉伸面形貌分析
觀察不同形貌碳酸鈣顆粒填充PVC復(fù)合薄膜的拉伸面SEM照片可知，純PVC薄膜材料拉伸面存在“鋸齒形”斷裂帶；此結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)大大降低了PVC薄膜的韌性。
而碳酸鈣顆粒填充PVC復(fù)合薄膜由于碳酸鈣粒子填充作用使得材料拉伸面變得較為平滑，使其具有明顯的微纖狀拉絲，呈現(xiàn)為典型的韌性拉伸面。這使得PVC材料韌性和剛性得到提高。
圖2PVC、碳酸鈣復(fù)合材料拉伸面SEM照片
2碳酸鈣對淀粉基薄膜性能的影響
在重視環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，淀粉基可降解薄膜的應(yīng)用前景十分可觀。不過，淀粉基薄膜在實(shí)際生產(chǎn)中的不足在于其強(qiáng)度不高，需要通過一些途徑改善其力學(xué)性能，賦予其更高的強(qiáng)度、韌度，以更好地滿足人們的生產(chǎn)生活需要。
王雅平等采用分步改性再共混的方法，用流延工藝制備碳酸鈣復(fù)合淀粉基薄膜，探究碳酸鈣助劑對淀粉基薄膜性能的影響，并得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
2.1不同添加量碳酸鈣對碳酸鈣/淀粉基薄膜力學(xué)性能的影響
碳酸鈣添加量為0.2g時(shí)對碳酸鈣/淀粉基復(fù)合薄膜的力學(xué)性能影響最為顯著，薄膜的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長率均有提高。因此，0.2g碳酸鈣為較適的添加量。
圖3不同碳酸鈣添加量與淀粉基薄膜
2.2不同共混時(shí)間對碳酸鈣/淀粉基薄膜的力學(xué)性能的影響
當(dāng)碳酸鈣添加量為0.2g時(shí)，共混時(shí)間選擇2h最為合適。這個(gè)共混時(shí)間下碳酸鈣復(fù)合淀粉基薄膜的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長率較之其他更為優(yōu)異，力學(xué)性能更好。
2.3不同共混時(shí)間對碳酸鈣/淀粉基薄膜的吸濕性能影響
將共混時(shí)間分別為1、2、3h的薄膜切成質(zhì)量相等的片狀，置于濕度為80%的恒濕環(huán)境中24h進(jìn)行吸濕率測試。
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，碳酸鈣作為增強(qiáng)劑時(shí)的最佳條件為添加量0.2g(即占淀粉質(zhì)量的4%)，共混時(shí)間為2h。
圖4不同共混時(shí)間下的碳酸鈣、淀粉基薄膜
研究總結(jié)，當(dāng)以碳酸鈣作為助劑時(shí)，選擇添加0.2g的碳酸鈣(即占淀粉添加質(zhì)量的4%)在80℃下加熱攪拌1h，繼續(xù)升溫至90℃，共混2h為最佳條件;此時(shí)的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長率分別為6.0918MPa、384.9975MPa、15.1724%。
3薄膜填料中納米碳酸鈣代替納米硫酸鋇
由于普通填料的性能問題，會(huì)對薄膜的透明性產(chǎn)生影響。例如，納米硫酸鋇因其透明性高、光澤度好，常用于對透明度要求較高的薄膜，但硫酸鋇生產(chǎn)中對環(huán)境污染大，且由于其比重大，同樣重量的母粒，吹出來的膜面積小，造成薄膜生產(chǎn)成本高。
圖5納米碳酸鈣(A)和納米硫酸鋇(B)性能比較
3.1研究思路
而納米碳酸鈣作為一種新型的填料，粒子尺寸小，比表面積大，可增加塑料薄膜的強(qiáng)度，且具有比重小，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。劉亞雄等對晶型控制劑、硫酸鋇用量、表面改性劑配方等影響納米碳酸鈣性能的因素進(jìn)行試驗(yàn)研究，并將納米碳酸鈣試用于PE薄膜中，為制備比重較小、分散性好、吸油值低的納米碳酸鈣提供了思路。
3.2納米碳酸鈣替代納米硫酸鋇性能對比
將試驗(yàn)制備的納米碳酸鈣(A)與納米硫酸鋇(B)采用同樣份數(shù)進(jìn)行混料、造粒制備母粒，吹膜制備薄膜，并檢測其透明性和分散性。從表可以看出，采用本試驗(yàn)制成的納米碳酸鈣，制備的薄膜在分散性及透光率等性能上達(dá)到納米硫酸鋇指標(biāo)，而母粒比重2.15g/cm3相比納米硫酸鋇母粒比重小50%以上，同樣量的母粒吹膜面積大，可降低母粒的生產(chǎn)成本，具有良好的市場前景。
結(jié)語
納米碳酸鈣應(yīng)用較成熟的行業(yè)是塑料工業(yè)，可改善塑料母料的流變性，提高其成型性。而在上述研究中，我們也發(fā)現(xiàn)了納米碳酸鈣在塑料行業(yè)中強(qiáng)大的包容性和普適性，許多種填料比它有特點(diǎn)，但它卻也能代替許多種填料，頗有一番，“水善利萬物而不爭”的風(fēng)采。
參考來源：
董棟棟，等：不同形貌碳酸鈣的制備及其對PVC薄膜力學(xué)性能的影響，青海民族大學(xué)
劉亞雄，等：透明母粒用納米碳酸鈣的制備及應(yīng)用效果評(píng)價(jià)，青州宇信鈣業(yè)股份有限公司
王雅平，等：納米碳酸鈣復(fù)合淀粉基薄膜的制備及力學(xué)表征，鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院
